Способ пуска алюминиевого электролизера после обжига

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов, и касается пуска алюминиевого электролизера. Цель изобретения - повышение срока службы, производительности электролизера и сортности получаемого алюминия; снижение расхода электроэнергии, выбросов вредных веществ в атмосферу и трудозатрат. Увеличивают напряжение на электролизере до 6,0-9,5 В, осуществляют выдержку при этом напряжении и наплавляют жидкий электролит без анодного эффекта ("вспышки"). Заливку жидкого электролита в электролизер при пуске могут осуществлять после направления электролита из пускового сырья в объеме 0,5-0,2 высоты шахты. Уровень расплава в пусковой период поддерживают не более 0,4-0,6 высоты шахты. Заполнение шахты выше уровня расплава поддерживают загрузкой компонентов пускового сырья по периметру шахты. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизером криолито-глиноземных расплавов, и касается пуска алюминиевого электролизера.

Известен способ пуска алюминиевого электролизера после обжига на металле, согласно которому во время заполнения шахты электролитом напряжение на электролизере поддерживают в пределах 25-30 В. В электролизер большой мощности заливают 8-10 т жидкого электролита. Дальнейшее наплавление электролита осуществляют расплавлением пускового сырья, причем в течение 1 ч поддерживают напряжение 30-40 В. Когда уровень электролита достигает 25-30 см, "вспышку" гасят, в электролизер добавляют криолит, а на электролитную корку загружают 80-100 кг глинозема. Напряжение устанавливают в пределах 8-10 В.

Способ имеет следующие недостатки: 1. Заливка жидкого электролита в шахту при одновременном поддержании напряжения 25-30 В ("вспышки") вызывает тепловой удар подины и анода. Это приводит к растрескиванию анода и межблочных швов (периферийного шва) подины. Дальнейшее поддержание напряжения 30-40 В в течение 1 ч увеличивает тепловой удар; возрастает скорость объемного расширения подовых блоков, что способствует проникновению натрия и алюминия в подину.

2. Наличие "вспышки" на электролизере длительное время вызывает интенсивное испарение составляющих электролита. Это приводит к перерасходу сырьевых материалов, увеличению вредных выбросов в атмосферу.

3. Наличие "вспышки" длительное время приводит к перерасходу электроэнергии, окислению алюминия за счет вторичных реакций, снижению производительности электролизера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ пуска алюминиевого электролизера после загрузки пускового сырья, включающий использование криолита и оборотного электролита, заливку жидкого алюминия на подину и обжига электролизера с разогревом алюминия до подплавления сырья по периферии анода, согласно которому, пусковую "вспышку" устанавливают напряжением 30-50 В. В случае перегрева электролита напряжение снижают до 20-30 В и поддерживают до полного расплавления сырья. Длительность "вспышки" не менее 1 ч. После проплавления сырья и ликвидации "вспышки" температура электролита не менее 990^oC Устанавливают напряжение 8-9 В, боковую поверхность анода и бортовых блоков оплескивают электролитом, поверхность электролита присыпают свежим криолитом, оборотным электролитом. Общее количество сырья должно обеспечивать уровень электролита не менее 2/3 высоты шахты.

Поддержание напряжения на электролизере в пределах 30-50 В ("ясная вспышка") в течение не менее 1 ч вызывает тепловой удар в футеровке подины, в первую очередь межблочных (периферийного) швов, и в аноде. При "вспышке" возрастает также неравномерность плотности тока в подлине и в аноде пропорционально величине напряжения "вспышки" (электрический удар). Это приводит к разрушению межблочных швов любого участка подины с равной вероятностью, трещиноватости анода. Возрастает неравномерность объемного расширения подовых блоков, следовательно, возможность проникновения натрия в подину и нарушения ее структуры. Все это способствует фильтрации алюминия в подину, снижение сортности получаемого алюминия и срока службы электролизера. Наличие "вспышка" и быстрый разогрев электролита приводит к перерасходу электроэнергии вследствие больших непроизводительных потерь тепла, возрастанию выбросов вредных фторсодержащих веществ в атмосферу; снижается производительность электролизера, оплескивание бортовых блоков и боковой поверхности анода электролитом не обеспечивает надежного укрытия этих поверхностей от воздействия газов-окислителей. Поддержание уровня электролита не менее 2/3 высоты шахты обычно приводит на практике к подъему уровня на всю высоту шахты. Это вызывает резкий рост температур бортовых блоков, их прямое смачивание жидким электролитом. Таким образом, как показывает практика, следует снижать разность между напряжением обжига и пусковым напряжением.

Поставленная цель достигается тем, что после обжига электролизера с разогревом алюминия до подплавления сырья по периферии анода увеличивают напряжение на электролизере до 6,0-9,5 В и осуществляют выдержку при этом напряжении для наплавления жидкого электролита без анодного эффекта ("вспышки"). Заливку жидкого электролита в электролизер при пуске могут производить после наплавления электролита из пускового сырья в объеме 0,5-0,2 высоты шахты ванны. Уровень расплава в пусковой период поддерживают не более 0,4-0,6 высоты шахты. Заполнение шахты выше уровня расплава поддерживают загрузкой компонентов пускового сырья по периметру шахты.

Разогрев алюминия на подине при обжиге до подплавления сырья по периферии анода реализуется при напряжении на электролизере 4,1-5,0 В. Пуск электролизера согласно предлагаемому способу осуществляют путем увеличения напряжения до 6,0-9,5 В. Это позволяет избежать теплового удара в начальный момент пуска за счет плавного перехода от режима обжига к электролизеру путем увеличения напряжения до момента возникновения "вспышки". Плавный переход от обжига к электролизу при наличии пускового сырья на периферии электролизера обеспечивает также насыщение наплавляемого электролита глиноземом, входящим в состав пускового сырья, без перегрева расплава. Это приводит к формированию тугоплавких неэлектропроводных корундов на поверхности периферийного шва и бортовых блоков, защищающих эти поверхности от воздействия окислителей и расплавленного криолита; повышается их электросопротивление. Отсутствие перегрева расплава обеспечивает поддержание температуры вблизи точки плавления криолита, следовательно, расположение слоя электролита под слоем металла, что приводит к пропитке структуры периферийного шва и прилегающих участков межблочных швов электролитом с повышенным содержанием глинозема, образованию неэлектропроводных корундов; снижается летучесть составляющих электролита.

Медленный разогрев подины без тепловых ударов, который реализуется в предлагаемом способе за счет низкого пускового напряжения без заливки электролита снижает неравномерность температурного поля катода, предотвращает быстрое объемное расширение подины. Тем самым снижается скорость проникновения натрия в угольную футеровку. При этом, снижаются усилия обжатия межблочных швов (периферийного шва).

В результате, все это приводит к повышению прочности межблочных швов, подовых блоков, металлоконструкций катода, снижается вероятность проникновения жидкого алюминия в подину. Повышается срок службы электролизера, его производительность и сортность получаемого алюминия, снижается расход электроэнергии и выброс вредных веществ в атмосферу. Отпадает также необходимость наплавления жидкого электролита, снижаются трудозатраты и расход электроэнергии на его наплавление.

Заливка жидкого электролита в электролизер после наплавления электролита из пускового сырья в объеме 0,5-0,2 высоты шахты, необходимость чего может быть обусловлена отсутствием достаточного количества пускового сырья, предотвращает локальный тепловой удар анода и подины за счет имеющегося объема наплавленного жидкого электролита. Соотношение объема наплавленного электролита и высоты шахты в пределах 3/5-1/5 обусловлено необходимостью смачивания анода и нижней части катода наплавленным электролитом с повышенным содержанием глинозема. При глубине шахты 500 мм уровень наплавленного электролита менее 1/5 высоты шахты (менее 100 мм) не обеспечивает достаточное смачивание боковых граней анода. Уровень наплавленного электролита более 3/5 высоты шахты требует длительного поддержания верхних значений пускового напряжения (8,0-9,5 В). Это приводит к необходимости привлечения технического персонала на значительный период.

Заполнение шахты выше уровня расплава путем загрузки компонентом пускового сырья по периметру шахты обеспечивает защиту верхней части бортовых блоков, а также боковой поверхности анода на участке "электролит нижняя кромка кожуха" от воздействия газов-окислителей. Кроме этого, таким образом поддерживается режим насыщения электролита глиноземом также за счет низкой температуры расплава и не достигается перегрев электролита за счет тепла растворения, что способствует формированию защитных корундов на всю высоту бортовых блоков. В результате, повышается качество анода и целостность бортовой футеровки, тем самым возрастает производительность электролизера и срок его службы.

После монтажа и обжига на металле промышленных электролизеров типа С-8Б на силу тока 156 кА производят их пуск на электролизер. Пуск первых трех электролизеров производят известным способом (по прототипу), последующих трех предлагаемым. Параметры пуска электролизеров-свидетелей и опытных электролизеров отражены в табл.1.

Как видно из таблицы, общее время пускового периода на опытных электролизерах составило на 20,5-49,5 ч меньше, чем на свидетелях, при разности в напряжении 1,0-5,3 В против 16,9-37,4 В. Это указывает на значительное снижение расхода электроэнергии в пусковой период при использовании предлагаемого способа. Полученное снижение потерь пускового сырья, рассчитанное исходя из материального баланса, указывает на 2-х кратное снижение выбросов вредных веществ, поскольку в пусковой период электролизеры типа С-8Б не герметизируют. Отсутствие обгорания бортовых блоков и боковых граней анода на опытных электролизерах достигнуто за счет поддержания более низкого температурного режима, уровня расплава и путем их укрытия подгрузкой сыпучих пусковых материалов (глинозема, криолита). Без заливки жидкого электролита (электролизер N 4) снижаются дополнительные трудозатраты и расход электроэнергии. Снижение трубозатрат возможно также при использовании средств АСУТП для поддержания напряжения на электролизере, поскольку максимальные значения напряжения на электролизере согласно предлагаемому способу не превышают 10 В.

В табл.2 представлены параметры и состояние электролизеров после пускового периода (20 сут).

Полученные результаты показывают, что при использовании предлагаемого способа пуска достигается некоторое снижение падения напряжения в подине (до 20-50 мВ) и разности в токовой нагрузке по катодным стержням (в 3-9 раз). Это указывает на более равномерный ток в подине и отсутствие проникновения алюминия в футеровку (металлизация). На это же указывает снижение температуры днища опытных электролизеров на 7-12^oC, а также более быстрый их выход на высший сорт получаемого алюминия, отсутствие протеков металла в окна катодных стержней.

Отсутствие обгорания бортовых блоков и боковых граней анода на опытных электролизерах достигнуто за счет поддержания более низкого температурного режима, уровня расплава и путем укрытия поверхностей подгрузкой сыпучих пусковых материалов.

Формула изобретения

1. Способ пуска алюминиевого электролизера после обжига, включающий загрузку в шахту пускового сырья, заливку жидкого алюминия и обжиг электролиза при напряжении 2,6 5,0 В, разогрев алюминия до подплавления сырья по периферии анода, отличающийся тем, что увеличивают напряжение на электролизере до 6,0 9,5 В, осуществляют выдержку при этом напряжении и наплавляют жидкий электролит.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заливку жидкого электролита в электролизер при его пуске производят после наплавления электролита из пускового сырья в объеме 0,5 0,2 высоты шахты.

3. Способ по п. 1 и 2, отличающийся тем, что уровень расплава в пусковой период поддерживают не более 0,4 0,6 высоты шахты.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что заполнение шахты выше уровня расплава поддерживают загрузкой компонентов пускового сырья по периметру шахты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2